Pin Lithium hay pin Li-ion, có khi được viết tắt là LIB. Thành phần chính của pin là ion Lithium và loại pin này có thể sạc được nhiều lần.
Pin Lithium thường được dùng trong các thiết bị điện di động, phổ biến nhất là pin sạc cho các thiết bị điện tử cầm tay. Pin Lithium có mật độ năng lượng cao và ít bị tự xả. Hiện nay, pin Lithium được chú trọng phát triển trong quân đội, ứng dụng cho các phương tiện duy chuyển chạy bằng điện và kỹ thuật hàng không.

Cấu tạo của pin Lithium ion

Cấu tạo pin Lithium ion bao gồm: 1 cực dương, 1 cực âm, bộ phân tách, chất điện phân.

• Điện cực dương (anode): Vật liệu dùng làm điện cực dương là LiCoO₂ và LiMnO₄. Vật liệu trên cơ sở là cacbon mở rộng cấu trúc pseudo-tetrahedral, cho phép khuếch tán ion Lithium theo 2 chiều. Đây là những vật liệu lý tưởng do nhiệt dung riêng cao, dung tích lớn, khả năng tự xả thấp, có điện thế xả cao và hiệu suất chu trình tốt. Khi có dòng điện chạy qua, nguyên tử Lithium nhanh chóng tách khỏi cấu trúc tạo thành ion dương Lithium (Li+).
• Điện cực âm (cathode): Vật liệu dùng làm điện cực âm là than chì (graphite) và các vật liệu cacbon khác. Chúng có độ dẫn điện tốt và có cấu trúc cho phép ion Lithium xem kẽ vào giữa các lớp trong mạng cacbon, nhờ đó có thể dự trữ năng lượng trong khi cấu trúc tinh thể có thể phình ra tới 10%.
• Bộ phân tách: Hay còn gọi là màng ngăn cách điện làm bằng nhựa PE hoặc PP. Bộ phận này nằm giữa cực dương và cực âm, có nhiều lỗ nhỏ, có chức năng ngăn cách giữa cực dương và cực âm. Tuy nhiên, các ion Li+ vẫn có thể đi qua được.
• Chất điện phân: Còn được gọi là dung dịch điện ly là một loại chất lỏng lắp đầy 2 cực và màng ngăn. Dung dịch điện phân có chứa LiPF6 và dung môi hữu cơ. Chất điện phân là môi trường truyền ion Lithium giữa 2 điện cực với nhau trong quá trình nạp và xả của pin.

Cơ chế sạc và xả của pin Lithium
Cực âm, cực dương có vai trò là nguyên liệu trong phản ứng điện hoá ở pin Lithium. Dung dịch điện phân tạo môi trường dẫn cho ion di chuyển giữa 2 điện cực. Dòng điện chạy ở mạch ngoài khi các ion di chuyển. Quá trình này thể hiện ở quy trình sạc và xả.

• Quy trình xả: Ion Li+ di chuyển từ cực âm qua dung dịch điện ly cực dương và cực dương sẽ có phản ứng với ion Lithium. Tương ứng với mỗi ion Lithium dịch chuyển từ cực âm sang cực dương trong pin thì ở mạch ngoài sẽ có 1 electron chuyển động từ cực âm sang cực dương, sinh ra dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm. Điều này sẽ tạo nên cân bằng điện tích giữa 2 cực.
• Quy trình sạc: Quy trình sạc diễn ra ngược lại với quy trình xả. Dưới điện áp sạc, electron buộc phải chạy từ điện cực dương của pin (trở thành cực âm), ion Lithium tách khỏi cực dương di chuyển trở điện cực âm của pin (ở quy trình này trở thành cực dương).

Trong một chu kỳ phóng điện, những nguyên tử Lithium ở cực dương bị ion hoá và tách khỏi các điện cực của chúng. Các ion từ cực dương di chuyển đi qua chất điện phân và đến cực âm. Tại đây chung kết hợp với các điện cực và trung hoà về điện.